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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Voltímetro LED integrado. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Automóvil. Dispositivos electrónicos Las descripciones de los dispositivos para la visualización luminosa del nivel de voltaje ya se han publicado en las páginas de nuestra revista. Parecería, ¿qué más se puede agregar a lo publicado? ¡Resulta que puedes! El siguiente artículo lo confirma: un verdadero radioaficionado no tiene prisa por considerar resuelto cualquier problema ... Un voltímetro instalado en el tablero de un automóvil le permite monitorear rápidamente el nivel de voltaje en su red a bordo.Dicho dispositivo no requiere alta resolución, pero necesita la capacidad de leer las lecturas de manera fácil y rápida. Estas condiciones se cumplen mejor con un indicador de voltaje LED discreto. Dispositivos similares se han generalizado mucho para evaluar el nivel de voltaje y potencia (en equipos de amplificación de sonido). Por lo general, se implementan de dos maneras. El primero se describe en detalle en [1]. Su esencia es que una línea de LED está conectada a la fuente del voltaje medido a través de un divisor de voltaje resistivo de múltiples salidas. Aquí se utilizan las propiedades de umbral de LED, transistores y diodos. La simplicidad de un indicador de este tipo tiene el precio de un umbral de encendido LED borroso (como lo señala el autor en [2]). Dichos dispositivos alguna vez se vendieron en forma de un diseñador de radio. La segunda forma es usar un comparador separado para encender cada LED, que compara parte de la señal de entrada con una de referencia (como, por ejemplo, en [3]), se requieren muchos chips. Los amplificadores operacionales cuádruples todavía son caros ahora, y uno de esos chips solo puede controlar cuatro LED. Finalmente, no se puede dejar de señalar el trabajo (4), donde se utiliza el principio de conversión de analógico a digital. Este diseño tiene muchas ventajas, pero aún demasiados detalles, y también poco económico. El voltímetro que se le llama la atención está optimizado a la luz de lo anterior: en él, se obtienen niveles de umbral claros de encendido LED utilizando un mínimo de elementos baratos, económicos y ampliamente disponibles. El principio de funcionamiento del dispositivo se basa en las propiedades de umbral de un microcircuito digital. El dispositivo (ver diagrama en la Fig. 1) es un indicador de seis niveles. Para facilitar su uso en un automóvil, el intervalo de medición es de 10...15 V en pasos de 1 V. Tanto el intervalo como el paso se pueden cambiar fácilmente.
Los dispositivos de umbral son seis inversores DD1,1-DD1.6, cada uno de los cuales es un amplificador de voltaje no lineal con una gran ganancia. El nivel de umbral de conmutación de los inversores es aproximadamente la mitad del voltaje suministrado por el chip, por lo que comparan el voltaje de entrada con la mitad del voltaje de suministro. Si el voltaje de entrada del inversor excede el nivel de umbral, el voltaje de salida bajará. Por lo tanto, el LED que sirve como carga del inversor se encenderá por la corriente de salida (sumidero). Cuando la salida de los inversores es alta, los LED están cerrados y apagados. Desde las salidas del divisor resistivo R1-R7, la parte correspondiente del voltaje de la red de a bordo se suministra a la entrada de los inversores. Cuando cambia el voltaje a bordo, sus acciones también cambian proporcionalmente. La tensión de alimentación de los inversores y de la línea LED está estabilizada por el estabilizador de microcircuitos DA1. Los valores de las resistencias R1-R7 se calculan de tal manera que se obtenga un paso de conmutación de 1 V. El condensador C2 junto con la resistencia R1 forman un filtro de baja frecuencia que suprime los picos de voltaje a corto plazo que pueden ocurrir, por ejemplo, al arrancar el motor. El fabricante de estabilizadores de microcircuitos recomienda instalar el condensador C1 para mejorar su estabilidad a alta frecuencia. Las resistencias R8-R13 limitan la corriente de salida de los inversores. ¿Cómo calcular las resistencias R1-R7? A pesar de que los transistores de efecto de campo están instalados en la entrada de los inversores DD1.1.-D1.6, que prácticamente no consumen corriente de entrada, existe la llamada corriente de fuga. Esto hace que sea necesario elegir una corriente a través del divisor que sea mucho mayor que la corriente de fuga total de los seis inversores (no más de 6X10-5 μA). La corriente mínima a través del divisor será a un voltaje mínimo indicado de 10 V. Establezcamos esta corriente en 100 µA, que es aproximadamente un millón de veces la corriente de fuga. Entonces la resistencia total del divisor RD=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7 (en kiloohmios, si el voltaje es en voltios y la corriente es en miliamperios) debe ser: Rd=Uvx min/Imin = 10V /0,1mA = 100 kiloohmios. Ahora calculemos la resistencia de cada una de las resistencias bajo la condición Upr \u2d Upit / 3, es decir, en el caso bajo consideración Upr \u15d 7 V. Con un voltaje de entrada de 3 V, 15 V deberían caer en la resistencia R100, y la corriente a través de él (igual a la corriente a través de todo el divisor) Id \u0,15d UBX / Rd \u150d 7 V / 7 kOhm \u3d 0,15 mA \u20d XNUMX μA, luego la resistencia de la resistencia RXNUMX: R \uXNUMXd Upor / Id ; RXNUMX=XNUMXV/XNUMXmA=XNUMXkΩ. En la entrada del inversor DD1.5, 3 V deben tener un voltaje de entrada de 14 V. La corriente a través del divisor en este caso es Id \u14d 100 V / 0,14 kOhm \u6d 7 mA. Luego, la resistencia total R3 + R0,14 \u21,5d Upop / Id \uXNUMXd XNUMX / XNUMX-XNUMX kOhm. Por lo tanto, R6 \u21,5d 20-1,5 \uXNUMXd XNUMX kOhm. Del mismo modo, se determina la resistencia de las resistencias restantes del divisor: R5 \u6d UporkhRd / Uin- (R7 + R1,6) -4 kOhm; R2-2,2 kOhm, R2-2.7 kOhm, R1-2 kOhm y, finalmente, R4 \u5d Rd-(R6 + R7 + R70 + R68 + RXNUMX + RXNUMX) \uXNUMXd XNUMX kOhm-XNUMX kOhm. En general, como se sabe, el voltaje de umbral de los elementos de los microcircuitos CMOS está en el rango de 1/3Upit a 2/3Upit. También se sabe que los elementos de un mismo microcircuito, fabricados en un solo ciclo tecnológico en el mismo chip, tienen casi los mismos valores de umbral de conmutación. Por lo tanto, para establecer con precisión el "comienzo de la escala" del voltímetro, basta con reemplazar la resistencia R1 con un circuito en serie de un trimmer con una clasificación calculada y uno constante con una clasificación dos veces menor que la calculada. La estabilidad de temperatura del dispositivo es muy alta. Cuando la temperatura cambia de -10 a +60 °C, el umbral de respuesta cambia en varias centésimas de voltio. El estabilizador de microcircuitos DA1 también tiene una estabilidad de temperatura de al menos 30 mV dentro de 0...100 °C. La tensión de salida del estabilizador DA1 no debe ser inferior a 6 V, de lo contrario los inversores no podrán proporcionar la corriente necesaria a través de los LED. Los inversores del chip K561LN2 permiten una corriente de salida de hasta 8 mA. Los LED AL307BM se pueden reemplazar por cualquier otro recalculando los valores de las resistencias limitadoras de corriente R8-R13. Los condensadores también pueden ser cualquiera para una tensión nominal de al menos 10 V. Para establecer el dispositivo ensamblado está conectado a la salida de una fuente de voltaje ajustable, que simulará la red de a bordo. Al configurar el voltaje de salida de la fuente a 10 V y la resistencia de la resistencia de sintonización al máximo, gire su control deslizante hasta que se encienda el LED HL1. Los niveles restantes se configuran automáticamente. Las partes del voltímetro están montadas en una placa de circuito impreso hecha de lámina de fibra de vidrio con un espesor de 1 mm. El dibujo del tablero se muestra en la fig. 2. Está diseñado para instalar una resistencia de sintonización SPZ-33 y el resto: MLT-0,125, condensador C1 - KM, C2 - K50-35.
La placa está unida a la parte inferior de la caja de plástico con dos tornillos M2,5 en bastidores tubulares y otro que presiona simultáneamente el chip DA1 a la placa. Tenga en cuenta que este microcircuito se instala con un lado de plástico (no de metal) en la placa. También se instala un soporte tubular entre la caja del microcircuito y la placa, pero acortado. Los cables de los LED antes del montaje se doblan 90 grados para que sus ejes ópticos sean paralelos al plano de la placa. Las carcasas de los LED deben sobresalir del borde de la placa y, durante el montaje final del dispositivo, entrar en los orificios practicados en el extremo de la caja. La estabilidad del estabilizador y de todo el dispositivo en su conjunto será aún mayor si se conecta un condensador con una capacidad de 8 micras a la entrada del microcircuito (entre los pines 17 y 0,1). Para proteger el estabilizador de sobretensiones accidentales en la red de a bordo, cuya amplitud puede alcanzar los 80 - 00 V. Se debe conectar otro condensador de óxido en paralelo con este condensador. Debe tener una capacidad de al menos 1000 microfaradios y un voltaje nominal de 25 V. Este capacitor también tendrá un efecto beneficioso en la operación de equipos automotrices de radio y amplificación de sonido. Literatura
Autor: O. Klevtsov, Dnepropetrovsk, Ucrania
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